BR112013012975B1

BR112013012975B1 - BRAKE DISC FOR A DISC BRAKE

Info

Publication number: BR112013012975B1
Application number: BR112013012975-1A
Authority: BR
Inventors: Costantino Casali; Leone Oberti
Original assignee: Freni Brembo S.P.A
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2023-06-06

Abstract

DISCO DE FREIO PARA UM FREIO A DISCO Disco de freio para um freio a disco compreendendo uma banda de frenagem feita em um ferro fundido contendo carbono, silício, manganês, molibdênio, cromo. Vantajosamente, o disco de freio tem características de elevada resistência a tensões mecânicas e térmicas, bem como uma resistência elevada à corrosão.BRAKE DISC FOR A DISC BRAKE Brake disc for a disc brake comprising a brake band made of a cast iron containing carbon, silicon, manganese, molybdenum, chromium. Advantageously, the brake disc has characteristics of high resistance to mechanical and thermal stresses, as well as high resistance to corrosion.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um disco de freio para um freio a disco que tem uma banda de frenagem feita em ferro fundido.[001] The present invention relates to a brake disc for a disc brake that has a brake band made of cast iron.

[002] A presente invenção encontra particular, mas não exclusiva, aplicação no setor automóvel. Em particular, a presente invenção encontra aplicação em veículos de alto desempenho e também em veículos pesados de mercadorias que têm a necessidade de dissipar, através do disco de freio, grandes quantidades de energia cinética e, portanto, sujeitos a elevadas tensões mecânicas e térmicas.[002] The present invention finds particular, but not exclusive, application in the automotive sector. In particular, the present invention finds application in high-performance vehicles and also in heavy goods vehicles that have the need to dissipate, through the brake disc, large amounts of kinetic energy and, therefore, subject to high mechanical and thermal stresses.

[003] Como é conhecida, no setor automóvel, e em particular para veículos de alto desempenho, a necessidade é sentida para fazer discos de freio em ferro fundido, que podem resistir a tensões mecânicas e térmicas de alta intensidade.[003] As is known, in the automotive sector, and in particular for high-performance vehicles, the need is felt to make cast iron brake discs, which can withstand high-intensity mechanical and thermal stresses.

[004] Tais tensões provocam temperaturas elevadas a ser alcançadas, sobre as bandas de frenagem que podem conduzir a reduções no desempenho de frenagem e até à formação de trincas na banda de frenagem.[004] Such voltages cause high temperatures to be reached on the braking bands that can lead to reductions in braking performance and even the formation of cracks in the braking band.

[005] A necessidade também é sentida para fazer os discos de freio, que têm uma elevada resistência à corrosão, de modo a aumentar a sua duração.[005] The need is also felt to make the brake discs, which have a high corrosion resistance, so as to increase their lifespan.

[006] As soluções do disco de freio da técnica anterior provêm o uso de ferros fundidos. Os ferros fundidos utilizados na técnica para a produção de discos de freio, por exemplo, são descritos no documento JP 7305138 A e em KR 20030075972 A.[006] Prior art brake disc solutions provide for the use of cast irons. Cast irons used in the art for the production of brake discs, for example, are described in document JP 7305138 A and in KR 20030075972 A.

[007] Nos tipos da técnica, de ferro fundido, que são adequados para a utilização para a realização de discos de freio, capazes de assegurar simultaneamente alto desempenho em termos de resistência mecânica, de resistência térmica e de corrosão não são conhecidos.[007] In the technical types, cast iron, which are suitable for use for the realization of brake discs, capable of simultaneously ensuring high performance in terms of mechanical resistance, thermal resistance and corrosion are not known.

[008] O objetivo da presente invenção é fazer um disco de freio que ultrapasse os inconvenientes mencionados com referência à técnica anterior, isto é, que garanta um desempenho elevado de frenagem em termos de resistência térmica e mecânica e resistência à corrosão, nas condições exigentes de trabalho, sem incorrer em fenômenos de trincas detec- táveis.[008] The objective of the present invention is to make a brake disc that overcomes the drawbacks mentioned with reference to the prior art, that is, that guarantees a high braking performance in terms of thermal and mechanical resistance and corrosion resistance, in the demanding conditions of work, without incurring detectable crack phenomena.

[009] De acordo com uma modalidade preferida, tais desvantagens são resolvidas por um disco de freio compreendendo uma banda de frenagem feita a partir de um ferro fundido, formado por carbono, silício, manganês, molibdênio, cromo, em que a porcentagem em peso de carbono C % é de 3,70 a 3,85 %, a porcentagem em peso de silício Si % é de 1,30 a 1,40 %, a porcentagem em peso do teor de manganês Mn % é de 0,60 a 0,70 %, a porcentagem em peso de molibdênio Mo % é inferior a 0,10 %, a porcentagem em peso de cromo Cr % é de 0,10 a 0,30 % e em que a porcentagem em peso de carbono equivalente C eq é de 4,13 a 4,31, onde C eq = C % + Si% / 3.[009] According to a preferred embodiment, such disadvantages are solved by a brake disc comprising a brake band made from cast iron, formed by carbon, silicon, manganese, molybdenum, chromium, in which the percentage by weight of carbon C % is from 3.70 to 3.85 %, the percentage by weight of silicon Si % is from 1.30 to 1.40 %, the percentage by weight of manganese content Mn % is from 0.60 to 0.70%, the molybdenum weight percentage Mo% is less than 0.10%, the chromium weight percentage Cr% is from 0.10 to 0.30% and where the carbon equivalent weight percentage C eq is from 4.13 to 4.31, where C eq = C % + Si% / 3.

[010] De acordo com uma modalidade, a porcentagem em peso de carbono é de 3,70 a 3,80 %.[010] According to one embodiment, the percentage by weight of carbon is from 3.70 to 3.80%.

[011] De acordo com uma modalidade, a porcentagem em peso do teor de manganês é de aproximadamente 0,66 %.[011] According to one embodiment, the percentage by weight of the manganese content is approximately 0.66%.

[012] De acordo com uma modalidade, a porcentagem em peso de molibdênio é inferior a 0,05 %.[012] According to one embodiment, the percentage by weight of molybdenum is less than 0.05%.

[013] De acordo com uma modalidade, a porcentagem em peso de cromo é de aproximadamente 0,20 %.[013] According to one embodiment, the percentage by weight of chromium is approximately 0.20%.

[014] De acordo com uma modalidade, o ferro fundido compreende cobre em uma porcentagem em peso de 0,20 a 0,35 %.[014] According to one embodiment, the cast iron comprises copper in a weight percentage of 0.20 to 0.35%.

[015] De acordo com uma modalidade, a matriz do referido ferro fundido é do tipo lamelar fina, perlítica.[015] According to one embodiment, the matrix of said cast iron is of the fine, pearlitic lamellar type.

[016] De acordo com uma modalidade, o ferro fundido da banda de frenagem compreende uma porcentagem de ferrita inferior a 5 %.[016] According to one embodiment, the cast iron of the brake band comprises a percentage of ferrite of less than 5%.

[017] Outras características e vantagens da presente invenção serão mais facilmente compreensíveis a partir da descrição dada abaixo das suas modalidades preferidas e não limitativas.[017] Other features and advantages of the present invention will be more easily understood from the description given below of its preferred and non-limiting embodiments.

[018] De acordo com uma modalidade, o disco de freio de acordo com a presente invenção, compreende uma banda de frenagem feita de ferro fundido, formado por carbono, silício, manganês, molibdênio, cromo. A banda de frenagem pode ser de qualquer tipo, forma e tamanho, por exemplo, pode ser equipada com furos ou ranhuras de refrigeração e é de preferência do tipo autoventilação. A referida faixa de frenagem, na maneira conhecida, pode ser associada a um sino, de qualquer tipo, material, forma e tamanho, de modo a formar um disco de freio associável, por exemplo, a uma roda. O sino pode ser feito do mesmo material que a banda de frenagem ou de material diferente. De preferência, a banda de frenagem e o sino são feitos em materiais diferentes e são acoplados por meio de acoplamentos adequados, tais como buchas ou pinos, ou por meio de fusão simultânea do sino e da banda de frenagem. Alternativamente, a banda de frenagem e o sino são feitos com o mesmo material.[018] According to one embodiment, the brake disc according to the present invention comprises a braking band made of cast iron, formed by carbon, silicon, manganese, molybdenum, chromium. The brake band can be of any type, shape and size, for example it can be equipped with cooling holes or grooves and is preferably of the self-ventilating type. Said braking band, in the known manner, can be associated with a bell, of any type, material, shape and size, so as to form a brake disk associable, for example, with a wheel. The bell can be made from the same material as the brake band or from a different material. Preferably, the brake band and the bell are made of different materials and are coupled by means of suitable couplings, such as bushings or pins, or by means of simultaneous fusion of the bell and the brake band. Alternatively, the brake band and the bell are made from the same material.

[019] A banda de frenagem é feita em ferro fundido.[019] The brake band is made of cast iron.

[020] Vantajosamente, o ferro fundido, usado para fazer a banda de frenagem compreende carbono, silício, manganês, molibdênio, cromo.[020] Advantageously, the cast iron used to make the brake band comprises carbon, silicon, manganese, molybdenum, chromium.

[021] De acordo com uma modalidade preferida, a porcentagem em peso de carbono C % é de 3,70 a 3,85 %. A porcentagem em peso de silício Si % é de 1,30 a 1,40 %. A porcentagem em peso de manganês Mn % é de 0,60 a 0,70 %. Além disso, a porcentagem em peso de molibdênio Mo % é inferior a 0,10 % e a porcentagem em peso de cromo Cr % é de 0,10 a 0,30 %. Preferencialmente, o ferro fundido da banda de frenagem tem uma porcentagem em peso de carbono equivalente C eq que é de 4,13 a 4,31, onde C eq = C % + Si % / 3. Esta fórmula de cálculo de C eq é normalmente utilizada no campo da metalurgia.[021] According to a preferred embodiment, the percentage by weight of carbon C% is from 3.70 to 3.85%. The percentage by weight of silicon Si% is from 1.30 to 1.40%. The percentage by weight of manganese Mn% is from 0.60 to 0.70%. Furthermore, the molybdenum weight percentage Mo% is less than 0.10% and the chromium Cr% weight percentage is 0.10 to 0.30%. Preferably, the brake band cast iron has a carbon equivalent weight percentage C eq which is from 4.13 to 4.31, where C eq = C % + Si % / 3. This C eq calculation formula is commonly used in the field of metallurgy.

[022] De acordo com uma modalidade, a porcentagem em peso de carbono é de 3,70 a 3,80 %.[022] According to one embodiment, the percentage by weight of carbon is from 3.70 to 3.80%.

[023] De acordo com uma modalidade, a porcentagem em peso do teor de manganês é de 0,60 a 0,70 %, preferencialmente a referida porcentagem em peso do teor de manganês é de aproximadamente 0,66 %.[023] According to one embodiment, the percentage by weight of the manganese content is from 0.60 to 0.70%, preferably said percentage by weight of the manganese content is approximately 0.66%.

[024] De acordo com uma modalidade, a porcentagem em peso de molibdênio é inferior a 0,05 %.[024] According to one embodiment, the percentage by weight of molybdenum is less than 0.05%.

[025] De acordo com uma modalidade, a porcentagem em peso de cromo é de aproximadamente 0,20 %.[025] According to one embodiment, the percentage by weight of chromium is approximately 0.20%.

[026] De acordo com uma modalidade, o ferro fundido compreende cobre em uma porcentagem em peso de 0,20 a 0,35 %.[026] According to one embodiment, cast iron comprises copper in a weight percentage of 0.20 to 0.35%.

[027] De preferência, a matriz do referido ferro fundido é do tipo lamelar, perlítica. Tal tipo de matriz se comporta de modo a opor-se à formação e propagação de trincas subsequentes devido, por exemplo, a um efeito combinado de tensões mecânicas e / ou térmicas.[027] Preferably, the matrix of said cast iron is of the lamellar, pearlitic type. Such a matrix type behaves in such a way as to oppose the formation and propagation of subsequent cracks due, for example, to a combined effect of mechanical and/or thermal stresses.

[028] De preferência, o ferro fundido de acordo com a invenção compreende uma porcentagem em peso de ferrita inferior a 5 %.[028] Preferably, the cast iron according to the invention comprises a percentage by weight of ferrite of less than 5%.

[029] De preferência, o ferro fundido de acordo com a invenção compreende uma porcentagem, em peso, de átomos de cementita e de carbono livre inferior a 1 %.[029] Preferably, the cast iron according to the invention comprises a percentage by weight of cementite and free carbon atoms of less than 1%.

[030] A banda de frenagem de acordo com a presente invenção torna possível conter e, em parte, ultrapassar os inconvenientes apresentados em relação à técnica anterior. Em particular, tais bandas de frenagem tornam-se uma considerável redução na formação de trincas térmico-mecânicas, em comparação com os discos da técnica anterior.[030] The braking band according to the present invention makes it possible to contain and, in part, overcome the drawbacks presented in relation to the prior art. In particular, such braking bands make for a considerable reduction in the formation of thermal-mechanical cracks, compared to prior art discs.

[031] Além disso, a grande quantidade de grafita dá ao ferro fundido e ao disco melhor condutividade de calor, o que permite a troca de calor elevado durante o choque de fre- nagem.[031] In addition, the large amount of graphite gives the cast iron and the disc better heat conductivity, which allows the exchange of high heat during the braking shock.

[032] O risco da formação de trincas de tensão térmica é reduzido, de forma significativa mesmo em condições de utilização pesada do sistema de frenagem.[032] The risk of forming thermal stress cracks is significantly reduced even under conditions of heavy use of the braking system.

[033] Além disso, a banda de frenagem da presente invenção tem uma elevada capacidade de amortecimento, que ajuda a aumentar a resistência à formação e propagação de trincas.[033] In addition, the braking band of the present invention has a high damping capacity, which helps to increase resistance to the formation and propagation of cracks.

[034] Graças às porcentagens de silício, providas no ferro fundido, que a presente invenção se refere a um efeito de grafitação, é produzido, evitando a formação de cementita e carbonos.[034] Thanks to the percentages of silicon provided in cast iron, which the present invention refers to, a graphitization effect is produced, avoiding the formation of cementite and carbons.

[035] Em particular, o ferro fundido usado para produzir a banda de frenagem tem uma porcentagem de carbono equivalente Ceq de 4,13 a 4,31.[035] In particular, the cast iron used to produce the brake band has a carbon equivalent percentage Ceq of 4.13 to 4.31.

[036] Tal valor de Ceq está contido em comparação com a porcentagem de carbono equivalente dos ferros fundidos da técnica anterior. Deve-se notar que um valor tão reduzido é obtido por meio de uma porcentagem relativamente elevada de carbono, de 3,7 a 3,85 e, ao mesmo tempo, uma porcentagem limitada de silício, entre 1,3 e 1,4.[036] This value of Ceq is contained in comparison with the percentage of carbon equivalent of prior art cast irons. It should be noted that such a low value is obtained using a relatively high percentage of carbon, from 3.7 to 3.85, and at the same time a limited percentage of silicon, between 1.3 and 1.4.

[037] O valor Ceq limitado garante que um material com um bom efeito de grafitação, obtém-se, ao mesmo tempo em que se evita a formação de cementita e carbonos.[037] The limited Ceq value ensures that a material with a good graphitization effect is obtained, while avoiding the formation of cementite and carbons.

[038] Este aspecto é particularmente vantajoso, uma vez que a cementita e os carbonos constituem inclusões particularmente frágeis, que poderiam facilmente provocar a formação e propagação de trincas.[038] This aspect is particularly advantageous, since cementite and carbons are particularly fragile inclusions, which could easily cause the formation and propagation of cracks.

[039] Ao mesmo tempo, o efeito de grafitação, é obtido com uma porcentagem especialmente baixa de silício. A baixa porcentagem de silício melhora o comportamento de fadiga do ferro fundido, e, assim, da banda de frenagem, visto que o silício é um elemento que aumenta a rigidez do material e, consequentemente, a sua fragilidade.[039] At the same time, the graphitization effect is obtained with an especially low percentage of silicon. The low percentage of silicon improves the fatigue behavior of cast iron and, therefore, of the braking band, since silicon is an element that increases the rigidity of the material and, consequently, its fragility.

[040] Ao mesmo tempo, a porcentagem relativamente elevada de carbono, de 3,7 a 3,85 o que tenderia a aumentar a fragilidade do material é compensada pela baixa porcentagem de manganês.[040] At the same time, the relatively high percentage of carbon, from 3.7 to 3.85, which would tend to increase the fragility of the material, is compensated by the low percentage of manganese.

[041] Em outras palavras, a utilização combinada de uma baixa porcentagem de manganês e de uma baixa porcentagem de silício desvia a porcentagem relativamente elevada de carbono.[041] In other words, the combined use of a low percentage of manganese and a low percentage of silicon diverts the relatively high percentage of carbon.

[042] Como um resultado, as porcentagens de carbono, silício e manganês providas pela presente invenção, um valor baixo de carbono equivalente pode ser alcançado, o que permite uma elevada grafitação e boa resistência mecânica e térmica. Tais vantagens são obtidas através da manutenção de um valor baixo de silício e de uma quantidade relativamente elevada de carbono.[042] As a result, the percentages of carbon, silicon and manganese provided by the present invention, a low carbon equivalent value can be achieved, which allows high graphitization and good mechanical and thermal resistance. Such advantages are obtained by maintaining a low amount of silicon and a relatively high amount of carbon.

[043] Além disso, a baixa porcentagem de manganês e de silício aumenta a ductili- dade do ferro fundido compensando a fragilidade provocada por uma porcentagem relativamente elevada de carbono.[043] In addition, the low percentage of manganese and silicon increases the ductility of cast iron, compensating for the brittleness caused by a relatively high percentage of carbon.

[044] A partir de alguns testes experimentais realizados observou-se que a banda de frenagem feita com um ferro fundido que tem as porcentagens dos componentes acima referidos, tem uma resistência à ruptura por fadiga substancialmente do dobro do que pode ser conseguido com os ferros fundidos da técnica anterior.[044] From some experimental tests carried out, it was observed that the brake band made with a cast iron that has the percentages of the above mentioned components, has a resistance to fatigue rupture substantially twice that which can be achieved with the irons prior art castings.

[045] Além disso, o cromo e o molibdênio estabilizam a formação de perlita lamelar na matriz de metal.[045] In addition, chromium and molybdenum stabilize the formation of lamellar pearlite in the metal matrix.

[046] Graças à presente invenção, os discos de freio podem ser concebidos tendo geometrias de elevado desempenho e com níveis de frequência em média inferiores aos dos discos da técnica anterior e, por conseguinte, melhorados em termos de conforto de condução.[046] Thanks to the present invention, brake discs can be designed having high-performance geometries and with frequency levels on average lower than those of prior art discs and, therefore, improved in terms of driving comfort.

[047] De fato, observou-se que em comparação com os discos da técnica anterior, os discos de acordo com a presente invenção mostram uma diminuição das frequências de mais de 5 %.[047] Indeed, it was observed that compared to the prior art disks, the disks according to the present invention show a decrease in frequencies of more than 5%.

[048] A presente invenção é particularmente vantajosa para as aplicações aos discos de freio de veículos de elevado desempenho, mas também para os discos de freio de veículos pesados de mercadorias que de forma semelhante aos veículos de alto desempenho necessitam dissipar grandes quantidades de energia cinética e são, assim, particularmente sujeitos à formação de trincas, como um resultado de tensões térmicas e / ou mecânicas repetidas.[048] The present invention is particularly advantageous for applications to brake discs of high-performance vehicles, but also for brake discs of heavy goods vehicles that, similarly to high-performance vehicles, need to dissipate large amounts of kinetic energy and are thus particularly subject to cracking as a result of repeated thermal and/or mechanical stress.

[049] Um versado na técnica pode fazer várias modificações e variações nos discos de freio acima descrito, de modo a satisfazer as exigências contingentes e específicas, permanecendo no âmbito da proteção da invenção como definido pelas reivindicações a seguir.[049] A person skilled in the art can make various modifications and variations to the brake discs described above, in order to satisfy contingent and specific requirements, remaining within the scope of protection of the invention as defined by the following claims.

Claims

1. Brake disc for a disc brake, comprising a brake band made of cast iron, consisting of carbon, silicon, manganese, molybdenum, chromium, CHARACTERIZED by the fact that, the percentage by weight of carbon C % is from 3.70 to 3.85%, the percentage by weight of silicon Si% is from 1.30 to 1.40%, the percentage by weight of manganese Mn% is from 0.60 to 0.70%, the percentage in weight molybdenum Mo% is less than 0.10%, the percentage in weight of chromium Cr% is from 0.10 to 0.30% and in which the percentage in weight of carbon equivalent C eq is from 4.13 to 4.31, where C eq = C % + Si % / 3, where the brake disc optionally comprises copper in a weight percentage of 0.20 to 0.35%, and where the balance is iron Fe.

2. Brake disc for a disc brake, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the percentage by weight of carbon is from 3.70 to 3.80%.

3. Brake disc for a disc brake, according to any one of the preceding claims, CHARACTERIZED by the fact that the percentage by weight of molybdenum is less than 0.05%.

4. Brake disc for a disc brake, according to any one of the preceding claims, CHARACTERIZED by the fact that the percentage by weight of chromium equals approximately 0.20%.

5. Brake disc for a disc brake, according to any one of the preceding claims, CHARACTERIZED by the fact that it comprises copper in a percentage by weight of 0.20 to 0.35%.

6. Brake disc for a disc brake, according to any one of the preceding claims, CHARACTERIZED by the fact that the matrix of said cast iron is of the fine lamellar type, pearlitic.

7. Brake disc for a disc brake, according to any one of the preceding claims, CHARACTERIZED by the fact that it comprises a percentage of ferrite of less than 5%.